有关矿热炉低压无功补偿的经济效益毕业论文写作资料-论文写作网

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补偿无功论文范文

电力系统的无功管理是确保发、供电系统经济运行的一种有效手段.为此,发供电部门对电炉的运行功率因数有强制性的要求,用户提高功率因数,不仅能够稳定电网电压、降低损耗,而且对用户供电质量的提高有着潜在的经济效益.矿热炉属高耗能用电设备,电能的消耗占生产成本的大部分.随着铁合金行业的发展与竞争,如何提高功率因数、降低单位电耗,已成为铁合金行业关注的课题.近年来,国内外专家对矿热炉无功补偿的设计做了许多研发工作,取得一定的成果.但是,矿热炉装备设计优化,提高自然功率因数,降低系统电抗等方面有被忽视的情况.这种情况阻碍着矿热炉生产的各项经济指标的改善.所以,加强这方面的实践研究,不仅能降低生产企业的单位能耗,而且对推动国家的节能政策具有重要意义.

1.　矿热炉低压无功补偿的原理

矿热炉电弧冶炼的功率因数都比较低,一般不超过0.85,这样就需要对供电线路进行无功补偿,以将功率因数提高到国家规定的0.90 或以上,以达到平衡电网的目的.对矿热炉来说,它是利用电弧产生高温熔化矿料,在高温下,利用焦炭等还原剂与矿石发生一系列氧化还原反应生成铁合金、电石等.单位面积上的热效应是电炉炉况的一个重要指标,因此炉变向炉膛提供有功功率的大小是重要的指标.功率因数低时,炉变向炉膛提供的有功功率小,达不到设计指标,造成电耗高、矿耗高,增加了冶炼成本.此时需要对供电线路进行无功补偿.针对电弧炉冶炼而言,无功的产生主要是由电弧电流引起的,而短网的大电流特征决定了无功主要以无功电流的形式体现在短网上,从而造成短网上的有效电压下降,如果将无功功率在低压侧进行补偿,那么大量的无功电流将直接经低压电容器和电弧形成的回路流过,而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路,在提高功率因数的同时,提高变压器的有效输出率,降低变压器、短网的无功消耗.如果能提高变压器的效率,增加冶炼有效输人功率.如下式：

式中,cosφ1 为补偿前的功率因数,cosφ2 为补偿后的功率因数.

由于提高了变压器原载负荷能力,变压器向炉膛输入的功率将会增大,为提高日产量创造了必要条件,同时由于单位面积上热效应提高,还原反应充分,矿耗也明显下降.另外,对不能运行在炉变额定档位的矿热炉,低压无功就地补偿可以使其在炉变低压侧的无功平衡后达到额定运行状态,其改善后的产量和单耗指标更为可观,一般增产可达到12%、单耗降低2％～ 3%.

2.　矿热炉低压无功补偿的优势

首先提高了变压器、大电流线路利用率,增加冶炼有效输入功率.从图1 可以看出,炉变视在功率不变的条件下,向炉膛内输送的有功功率加大了,为增产创造了必要条件.客观上提高了变压器、短网大电流线路的利用率.( 其中,P’为补偿后电炉消耗的有效功率,tanφ,tanφ’分别表示补偿前后功率因数角的正切值,Q’为补偿电容器容量.图1 是保证补偿前后炉变视在容量不变的情况下做出的,炉变视在容量不变就是一次测电流在补偿前后没有变化).

从图1 可以看出,炉变视在功率不变的条件下,向炉膛内输送的有功功率加大了,为增产创造了必要条件.客观上提高了变压器、短网大电流线路的利用率.( 其中,P 为补偿前电炉消耗的有效功率,P’为补偿后电炉消耗的有效功率,tanφ,tanφ&,acute, 分别表示补偿前后功率因数角的正切值,Q&,acute, 为有功功率不变时补偿电容器容量.Q&,acute,&,acute, 为视在功率不变时补偿电容器容量) 当保证补偿前后炉变有功输出不变时,炉变一次测电流会显著下降.

其次,采用不平衡补偿,改善了三相的强、弱相状况.由于三相短网布置不平衡,三相不同的电压降导致了强、弱相现象的形成.从理论上讲,炉料的熔化功率是与电极电压和料比电阻呈函数关系的(P等于U2/R),使用热电偶多次测量多单位面积上的热效应,建立数学模型,由MATLAB 进行系统仿真,得出单位面积上的热效应与电压电流系统仿真图,如下图所示：

由于强、弱相现象的存在使得三个电极周围的温度有所差别,极心圆( 三个电极中心确定的圆) 内单位面积上的温度相差很大,不利于还原反应的顺利进行.采取单相并联的方式进行无功补偿,综合调节各相补偿容量,使三相电极的有效工作电压一致,平衡电极电压,均衡三相吃料,改善三相的强、弱相状况.在补偿后根据炉况调节冶炼档位和相关工艺参数,使电极作业面积扩大,达到增产、降耗的目的.从实践上看,最强相的短网最短,其补偿点的相电压降最大,则其补偿量最大,其余两相次之.由于三相的补偿容量不均,因此需要设计人员在设计时充分考虑冶炼电压档位、三相短网的各自压降以及电抗器压降对电容器运行电压的影响,以确保运行时在不均衡容量补偿的前提下达到设计值.

再次,降低高次谐波值,减小变压器及网路附加损耗.对于铁合金行业来说,电弧电流含有部分高次谐波,经电能质量分析仪测定,高次谐波主要以5、7、11、13、17、19 次为重,有时会达到17%,针对低压补偿而言,合理地选择合适比例的电抗器对电容器长久稳定运行是非常必要的.如不对此加以限制和吸收,无论对冶炼设备还是补偿装置,都会产生不利的影响.因此在装置中,笔者根据冶炼的谐波状况将并联电容器设计成滤波回路.根据公式Un等于In ( nXl-Xc/n ) → 0 式中,Un——谐波电压,In——谐波电流,Xl——电抗器感抗值,Xc——电容器容抗值.为抑制和吸收n 次以上谐波,应使L-C调谐频率小于n×50Hzc.针对11 次以上的谐波,我们将调谐频率分别设计为520Hz,以吸收或抑制次11 以上谐波.

最后,有效的提高功率因数.矿热炉的无功消耗主要在变压器、短网和负载阻抗上,实施低压无功补偿,不仅就地补偿了短网和变压器的损耗,还能补偿高压线路的损耗.相比高压补偿而言,低压无功就地补偿装置在低压侧提供了很大的无功电流,使功率因数的改善对用户更加有实际意义.

3.　矿热炉低压无功补偿的经济分析

对矿热炉进行无功补偿,怎样有效地进行,就需要先确定补容量和功率因数,各项因数确定好了才能更经济,更有效的进行生产.

3.1　其经济补偿容量和经济功率因数值的确定矿热炉补偿电容器的容量应由以下工程公式计算得出Q 补等于P&,acute,(tanΦ-tanΦ’),式中,Q 补表示补偿容量,P&,acute, 为补偿后电炉消耗的有功功率,tanΦ,tanΦ&,acute, 分别表示补偿前后功率因数角的正切值.短网补偿前后功率变化如图1 所示.图1 是在保证补偿前后炉变视在容量不变的情况下做出的,炉变视在容量不变就是一次侧电流在补偿前后没有变化.Q&,acute, 为补偿电容器容量.由于电容器的容量是随着实际工作电压U2 的下降而呈平方关系降容,因此实际补偿容量Q 补&,acute, 应比计算容量大.实际补偿容量以如下公式计算：Q 补&,acute,等于Q 补/ ( U2/Ue )2.